宁夏产区荷斯坦牛乳体细胞数及乳成分影响因素

张海平，王海燕，高 鹏，张 静，梁秀珍，葛武鹏,*

（1.西北农林科技大学食品科学与工程学院，陕西 杨凌 712100；2.陕西飞天乳业有限公司，陕西 宝鸡 721100）

奶牛乳房炎是导致乳业经济严重损失的一种生物性危害因子，其具有较低遗传力（0.01～0.10），且临床型乳房炎治愈困难[1-2]。早期监测诊断、积极治疗可大幅提高乳产量，降低经济损失，但隐性乳房炎发病率高，缺乏明显临床特征，易发展成为临床乳房炎[3]。奶牛生产性能测定（dairy herd improvement，DHI）中的牛乳体细胞数（somatic cell count，SCC）可较为准确地反映牛乳质量及奶牛个体的健康状况[4-5]。SCC检测评价已被广泛作为预测乳房炎的可靠指标[6]。研究表明，SCC受到奶牛场、产奶季节、品种及胎次等因素的影响[7-10]。同时，SCC与产奶量和乳成分（乳脂、乳蛋白、乳糖等）具有相关性[11-12]。产奶量、乳中主要成分也受到奶牛场、季节、胎次和泌乳天数等因素的影响。由于少有基于大数据分析评价牛乳SCC及乳中主要成分影响的研究，本研究利用宁夏地区2009年2月—2018年12月7 个规模化牛场的DHI数据，对SCC及产奶量、乳中主要成分等影响因素进行探析，为加强牛场管理、提高产奶量及牛乳品质提供依据。

1 材料与方法

1.1 数据来源

DHI数据均来自宁夏地区，覆盖7 个牛场的19 020 头中国荷斯坦牛，时间为2009年2月—2018年12月，共计198 855 次DHI测定记录。数据内容包括个体号、胎次、产犊日期、测定日期、产奶量（kg/d）、乳脂含量（%）、乳蛋白含量（%）、乳糖含量（%）、乳中干物质含量（%）和体细胞数（104/mL）。

1.2 效应划分

奶牛场根据DHI记录数量由高到低编号为1～7；数据来源年份划分为10 个水平（2009—2018年连续10 年的监测结果）；根据气候特征将季节划分为4 个时间段（3—5月、6—8月、9—11月、12—2月）；胎次按照1、2、3、4 胎、大于4 胎次划分为5 个水平；泌乳期划分为泌乳天数小于60 d、60～100 d、100～200 d、200～300 d、300～400 d、大于400 d共6 个时段；SCC分为小于10×104/mL、10×104～20×104/mL、20×104～30×104/mL、30×104～50×104/mL、大于50×104/mL共5 个等级。

1.3 数据处理

利用Excel软件对DHI数据进行汇总及归类整理。采用Minitab 18.0软件计算奶牛场、测定年份、测定季节、胎次、产犊月份、泌乳期与SCC、产奶量及乳中主要成分间的皮尔逊（Pearson）相关系数，分析各因素与SCC、产奶量及乳中主要成分间可能存在的关联。结果以平均值±标准差表示，以P＜0.05为显著水平，以P＜0.01为极显著水平。

2 结果与分析

2.1 不同因素对宁夏地区荷斯坦牛乳SCC的影响

表1 SCC、产奶量及乳成分基本统计量Table 1 Basic statistics of SCC, milk yield and milk composition

由表1可知：标准差和变异系数体现了SCC的离散和变异程度；偏度为8.9，表明SCC数据分布的偏斜程度较大并为正偏离，峰度度量了SCC数据分布的尾部厚度，二者反映了SCC数据的分布形状。

表2 SCC与不同影响因素的相关系数Table 2 Correlation coefficient between SCC and different factors

图1 不同奶牛场中牛乳的SCC变化Fig. 1 Changes in SCC of milk from different farms

图2 不同测定年份牛乳的SCC变化Fig. 2 Annual changes in SCC of different milk samples

由表2及图1～6可知，通过相关性分析得出，SCC与奶牛场呈极显著负相关（r=－0.855，P＜0.01），其中6、7号奶牛场SCC水平较低可能是由于包含较少早年DHI数据，同时牛场管理水平差异对SCC也有一定影响（图1）。SCC与测定年份呈显著负相关（r=－0.811，P＜0.05），自2010年以来，SCC随着年份增加而降低（图2），说明近年来随着奶牛场管理水平提高，SCC水平逐年下降。测定季节为夏季时，牛乳中SCC低于其他季节（图3），与祝宇等[13]研究发现的夏季SCC水平较高相反，这可能是由于宁夏地区夏季气温适宜且较为干燥，不同于昆明地区夏季潮湿多雨，微生物极易繁殖。SCC与胎次呈显著正相关（r=0.904，P＜0.05），随着胎次的增加，SCC呈上升趋势（图4），与黄春华等[14]的研究结果一致。随着胎次的增加，奶牛乳房长期受到挤奶挤压，乳房损伤较多，且经产奶牛对各种疾病的抵抗力下降，患病率随之升高，导致乳中SCC增加[15-16]。SCC与产犊月份呈显著负相关（r=－0.639，P＜0.05），产犊月份为12月时，牛乳中SCC最低，产犊月份为1月时最高（图5）。SCC在泌乳中期水平较低（图6），自第2个泌乳时段后，牛乳中SCC随泌乳时间的增加而增加，在泌乳末期达到较高水平，在泌乳前中期（泌乳时间200 d以内）SCC较低，说明牛场干奶期乳房炎治疗效果较好，之后SCC随着泌乳时间的增加而增加，其中奶厅环境、挤奶操作、挤奶程序等是造成SCC升高的主要因素，当泌乳时间超过400 d时，SCC最高，与王相根[17]、孙宇[18]、刘丹丹[19]等的研究结果相符。

图3 不同测定季节牛乳的SCC变化Fig. 3 Seasonal changes in SCC of different milk samples

图4 不同胎次牛乳的SCC变化Fig. 4 Changes in SCC of milk with parity

图5 不同产犊月份牛乳的SCC变化Fig. 5 Changes in SCC of milk with calving month

图6 不同泌乳阶段牛乳的SCC变化Fig. 6 Changes in SCC of milk with lactation length

2.2 不同因素对宁夏地区荷斯坦牛产奶量及乳中主要成分的影响

2.2.1 SCC对产奶量及乳成分的影响

表3 SCC与产奶量及乳中主要成分的相关系数Table 3 Correlation coefficient between SCC and milk yield and main milk components

图7 不同SCC下产奶量及乳中主要成分的变化Fig. 7 Changes in milk yield and main milk components as a function of SCC

由表3及图7可知，SCC与产奶量呈极显著负相关（r=－0.983，P＜0.01），产奶量随SCC升高而降低，与Litwinczuk等[20]研究结果一致，SCC作为诊断奶牛患有乳房炎的依据，患病的可能性及程度随着SCC升高而增加，当奶牛患有乳房炎时，乳腺组织受到一定损伤，分泌机能失调，导致奶牛产奶量下降[21-23]。SCC与乳糖含量呈极显著负相关（r=－0.988，P＜0.01），与乳脂含量（r=0.898）、乳蛋白含量（r=0.942）和乳中干物质含量（r=0.967）均呈显著正相关（P＜0.05）。乳糖含量随SCC升高而降低，这可能是由于乳腺上皮细胞载体被破坏，造成牛乳乳糖流失[13]。乳脂含量、乳中干物质含量随SCC升高而增加可能是由于泌乳量减少，浓缩效应弥补乳脂合成和分泌的降低[24]，使得乳脂含量、乳中干物质含量升高。乳蛋白含量随SCC升高而增加，可能是由于乳腺受外界细菌感染时，机体的免疫系统启动，乳中免疫球蛋白的含量急剧上升[25]。

2.2.2 环境因素对产奶量及乳成分的影响

项目 产奶量/（kg/d）乳脂含量/%乳蛋白含量/%乳糖含量/%乳中干物质含量/%奶牛场 r 0.831 －0.044 －0.096 －0.635 0.326 P 0.020* 0.925 0.838 0.126 0.475测定年份r 0.935 －0.763 －0.449 0.837 －0.765 P 0.000** 0.010* 0.193 0.003** 0.010*测定季节r －0.996 0.865 0.833 －0.560 0.470 P 0.004** 0.167 0.167 0.440 0.530

表5 不同奶牛场产奶量及乳中主要成分的基本统计量Table 5 Basic statistics of milk yield and main milk components in different farms

由表4可知，奶牛场仅与产奶量具有显著相关性（r=0.831，P＜0.05）。由表5可知，7号奶牛场产奶量最高，7 个奶牛场的地理位置较接近，气候条件差异不大，而各牛场间产奶量及乳成分存在差异，这可能是由牛只遗传素质、胎次组成和饲养管理水平不同造成的，因此，提高牛群的遗传素质、科学繁殖水平及生产管理水平十分重要[26]。

由表4及图8可知，测定年份与产奶量呈极显著正相关（r=0.935，P＜0.01），产奶量随测定年份增加而升高，说明近年来牛场的生产管理水平不断提高。测定年份与乳脂含量呈显著负相关（r=－0.763，P＜0.05），乳脂含量随年份增加呈下降趋势。测定年份与乳蛋白含量无显著相关性，但乳蛋白含量随年份增加而下降。测定年份与乳糖含量呈极显著正相关（r=0.837，P＜0.01），乳糖含量随年份增加而上升。测定年份与乳中干物质含量呈显著负相关（r=－0.765，P＜0.05），乳中干物质含量大体上呈先上升后下降的趋势，与王爱芳等[27]的研究结果一致。由表4及图9可知，测定季节与产奶量具有极显著负相关性（r=－0.996，P＜0.01），春季产奶量最高，冬季产奶量最低。不同季节乳糖含量基本不变，乳脂含量、乳蛋白含量、乳中干物质含量均在夏季最低，这可能是由于夏季奶牛易产生热应激反应，采食量及各项生理指标下降[28]，奶牛饮水量升高，乳脂含量、乳蛋白含量、乳中干物质含量相应降低。

图8 不同测定年份产奶量及乳中主要成分的变化Fig. 8 Annual changes in milk yield and main milk components

图9 不同测定季节产奶量及乳中主要成分的变化Fig. 9 Seasonal changes in milk yield and main milk components

2.2.3 奶牛自身因素对产奶量及乳中主要成分的影响

表6 产奶量及乳中主要成分与牛自身不同影响因素的相关系数Table 6 Correlation coefficient between milk yield and main milk components and cow's own factors

由表6及图10可知，胎次与产奶量的关系呈一定规律性，奶牛头胎产奶量较低，随着胎次的增加，产奶量增加，3 胎时产奶量最高，之后随胎次增加产奶量下降，与魏鹏飞等[29]研究结果相一致。奶牛的泌乳量随奶牛的生长发育而增加，第1胎时由于奶牛处于生长发育阶段，因此产奶量较低，之后随着年龄和胎次的增长，奶牛泌乳系统发育健全，产奶量逐渐增加，但到第3胎达到高峰后，随着奶牛胎次和挤奶次数的增加，奶牛免疫力下降，患病几率逐渐增加，产奶量又开始下降[30-31]。乳脂含量随胎次升高而降低，5 胎及以上牛乳脂含量最高；胎次与乳蛋白含量呈极显著正相关（r=0.966，P＜0.01），5 胎及以上牛乳蛋白含量最高，但乳脂含量及乳蛋白含量均变化较小，且均在高胎次时达到较高值，与魏鹏飞等[29]的研究结果一致，但与魏琳琳等[31]的研究结果不相符，这可能是由于产奶量对乳脂含量和乳蛋白含量影响较大。乳糖含量随胎次的增加先升后降，4 胎牛牛乳中乳糖含量最高，这可能是由于随胎次增加，奶牛泌乳系统发育健全，乳糖分泌量升高，到第4胎达到最高值后，乳房易受到损伤，导致乳糖分泌量降低。乳中干物质含量随胎次的增加先下降后上升，4 胎牛牛乳中干物质含量最低，第5胎及以上牛乳中干物质含量升高可能是由于浓缩效应。

图10 不同胎次产奶量及乳中主要成分的变化Fig. 10 Changes in milk yield and main milk components in different parities

图11 不同测定季节产奶量及乳中主要成分的变化Fig. 11 Seasonal changes in milk yield and main milk components

由表6及图11可知，夏季产犊的奶牛产奶量最低，这是由于热应激及高温导致机体抗病能力减弱，易引发乳房炎，使产奶量大幅降低，3月产犊的奶牛产奶量最高。乳脂含量、乳蛋白含量、乳糖含量及乳中干物质含量与产犊月份无显著相关性，但随产犊月份变化而波动。产犊月份对产奶量及乳成分的影响受到地域、气候条件、奶牛饲喂方式等条件的限制[32-33]。

图12 不同泌乳时间产奶量及乳中主要成分的变化Fig. 12 Changes in milk yield and main milk components with lactation length

由表6及图12可知，泌乳期与产奶量呈极显著负相关（r=－0.932，P＜0.01），随着泌乳时间增加，奶牛产奶量表现为先增加后降少的趋势，在60～100 d达到产奶高峰，高峰过后产奶量下降，与刘丹丹等[19]的研究结果相符。泌乳期与乳脂含量呈显著正相关（r=0.815，P＜0.05），与乳中干物质含量呈显著正相关（r=0.876，P＜0.05），泌乳早期（泌乳时间小于60 d）乳脂含量较高，60～100 d时乳脂含量降到最低，100 d以后乳脂含量持续增加，这可能是由于奶牛产犊前2 个月的干奶期内奶牛停止泌乳，围产期后期进行适当补饲，乳腺细胞得以修复，导致产后泌乳早期乳脂含量处于较高水平[34]，之后随着泌乳早期产奶量快速增加，机体处于能量负平衡状态，同时从干奶期到泌乳早期日粮结构变化较大，瘤胃不能适应日粮结构，进而容易造成代谢紊乱和消化问题，乳脂含量和乳中干物质含量快速下降，而泌乳中期瘤胃功能逐渐适应，采食量增加，乳脂含量和乳中干物质含量恢复增长[19]。泌乳期与乳蛋白含量呈显著正相关（r=0.970，P＜0.01），整个泌乳周期内乳蛋白含量持续增加，泌乳早期乳蛋白含量增长较缓慢，这可能与泌乳早期机体处于能量负平衡状态有关[19]，泌乳中期及晚期乳蛋白含量增长较快，但增幅仍低于乳脂含量，与王若勇[35]、Lainé[36]、Olori[37]等的研究结果相符。在整个泌乳周期内，乳糖含量变化不明显。

3 结 论

奶牛场、测定年份、产犊月份与宁夏地区2009—2018年中国荷斯坦牛SCC具有显著负相关性（P＜0.05），胎次与SCC具有显著正相关性（P＜0.05），SCC随测定季节变化而波动，SCC随泌乳期变化的趋势为先降低后升高；产奶量、乳糖含量与SCC具有极显著负相关性（P＜0.01），乳脂含量、乳蛋白含量、乳中干物质含量与SCC具有显著正相关性（P＜0.05），产奶量和乳中主要营养成分均会受到环境因素（奶牛场、测定年份、测定季节）及奶牛自身因素（胎次、产犊季节、泌乳阶段）的影响。